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Biotechnology and genetic modification · ⁨바이오기술 및 유전자 변형⁩

IGCSE Biology · ⁨IGCSE 생물학⁩ · Topic 21 · ⁨주제 21⁩

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7:59

바이오기술 및 유전자 변형

스틸 탱크, 따뜻하고 부드럽게 섞임. 이런 탱크 안에는数十억 개의 생微生物이我们为工作——페니실린 제조, ……라는 단백질 식품 제조 등

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in⁩

21.1

Why bacteria are useful · ⁨세균이 유용한 이유⁩

Syllabus
English
Core Supplement
1 State that bacteria are useful in biotechnology and genetic modification due to their rapid reproduction rate and their ability to make complex molecules 2 Discuss why bacteria are useful in biotechnology and genetic modification, limited to: (a) few ethical concerns over their manipulation and growth (b) the presence of plasmids
한국어
핵심 보충
1 세균이 빠른 증식 속도와 복잡한 분자를 생성할 수 있는 능력 때문에 생명공학 및 유전자 변형에 유용함을 명시한다 2 세균이 생명공학 및 유전자 변형에 유용한 이유를 다음에 한정하여 논하다: (a) 조작 및 배양 시 윤리적 논란이 적음 (b) 플라스미드의 존재

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

Biotechnology 生物技术 uses living things (or their enzymes 酶) to make useful products. Bacteria 细菌 are especially useful because:

  • they reproduce very fast (a high rate 速率 of reproduction).
  • they can make complex molecules 分子.
  • (Supplement) there are few ethical 伦理 concerns about growing them, and they contain plasmids 质粒 (small DNA rings that are easy to work with).
한국어

바이오기술은 생명체(또는 효소)를 사용하여 유용한 제품을 만듭니다. 세균은 특히 유용합니다. 그 이유는:

  • 매우 빠르게 증식하기 때문입니다(높은 증식률).
  • 복잡한 분자를 만들 수 있기 때문입니다.
  • (보충) 배양 시 윤리적 논란이 적고, 플라스미드(사용하기 쉬운 작은 DNA 고리)를 포함하고 있기 때문입니다.
21.2

Biotechnology in action · ⁨실행 중인 바이오기술⁩

Syllabus
English
Core Supplement
1 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during the production of ethanol for biofuels
2 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during bread-making
3 Describe the use of pectinase in fruit juice production
4 Investigate and describe the use of biological washing powders that contain enzymes
5 Explain the use of lactase to produce lactose-free milk
6 Describe how fermenters can be used for the large-scale production of useful products by bacteria and fungi, including insulin, penicillin and mycoprotein
7 Describe and explain the conditions that need to be controlled in a fermenter, including: temperature, pH, oxygen, nutrient supply and waste products
한국어
핵심 보충
1 바이오연료용 에탄올 생산 중 효모의 무산소 호흡의 역할을 설명한다
2 제빵 과정 중 효모의 무산소 호흡의 역할을 설명한다
3 과즙 제조에서의 펙틴분해효소(pectinase)의 사용을 설명한다
4 효소를 함유한 생물학적 세탁 분말의 사용을 조사하고 설명한다
5 라کت오스 프리 우유를 생산하기 위한 타제(lactase)의 사용을 설명한다
6 인슐린, 페니실린 및 마이코프로틴과 같은 유용한 제품을 세균 및 진균으로 대량 생산하기 위해 발효조가 어떻게 사용되는지 설명한다
7 발효조에서 제어해야 할 조건을 설명하고 논하며, 여기에는 온도, pH, 산소, 영양 공급 및 폐기물이 포함된다

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

Yeast: biofuels and bread

Yeast 酵母 carries out anaerobic respiration 无氧呼吸 (without oxygen), making ethanol 乙醇 and carbon dioxide.

  • the ethanol can be used as a biofuel 生物燃料.
  • in bread-making, the carbon dioxide makes the dough rise.

Enzymes in industry

  • pectinase 果胶酶 breaks down cell walls to release more juice from fruit, giving more and clearer juice.
  • biological washing powders 洗衣粉 contain enzymes (such as proteases and lipases) that digest stains, even at lower temperatures.
  • (Supplement) lactase 乳糖酶 breaks down lactose 乳糖 to make lactose-free milk, for people who cannot digest lactose.

Fermenters (Supplement)

A fermenter 发酵罐 is a large tank used to grow bacteria or fungi to make useful products, such as insulin 胰岛素, penicillin 青霉素 and mycoprotein 真菌蛋白. The conditions inside must be carefully controlled: temperature 温度, pH, oxygen 氧气, the supply of nutrients, and the removal of waste products.

한국어
거대한 스테인리스 스틸 발효 탱크
발효 탱크: 바이오기술에서 미생물을 대규모로 배양합니다.

효모: 바이오연료 및 빵

효모는 무산소 호흡(산소 없음)을 수행하여 에탄올과 이산화탄소를 만듭니다.

  • 에탄올은 바이오연료로 사용할 수 있습니다.
  • 빵 제조에서 이산화탄소는 반죽을 부풀리게 합니다.
효모는 산소 없이 포도당을 분해하여 바이오연료로 사용되는 에탄올과 빵을 부풀리는 이산화탄소를 만듦
효모는 에탄올(생연료)과 이산화탄소(빵 부풀림 원인)를 생성함

산업용 효소

  • 펙틴분해효소는 세포벽을 분해하여 과일에서 더 많은 주스를 방출하고, 더 많고 투명한 주스를 얻게 합니다.
  • 생분해성 세제에는 효소(프로테아제, 리파아제 등)가 포함되어 있어 낮은 온도에서도 얼룩을 분해합니다.
  • (보충) 락타아제는 락토스를 분해하여 락토스 무유제품 우유를 제조하며, 락토스를 소화할 수 없는 사람들을 위해 사용됩니다.
펙틴아제가 더 많은 과즙을 생성하고, 프로테아제와 리파아제는 얼룩을 제거하며, 락타아제는 락토스 무유제품 우유를 만듭니다
산업용 효소

발효조 (보충)

발효조는 인슐린, 페니실린, 마이코프로틴과 같은 유용한 제품을 생산하기 위해 세균이나 곰팡이를 배양하는 대형 탱크입니다. 내부 조건은 온도, pH, 산소, 영양 공급 및 폐기물 제거 등을 철저히 통제해야 합니다.

발효조 탱크: 교반기가 배양액을 섞고, 물 재킷이 온도를 조절하며, 공기가 산소를 공급하고, pH 프로브가 pH를 측정하며, 영양분이 유입되고 제품 또는 폐기물이 유출됩니다
발효 조는 온도와 pH, 산소, 영양분이 모두 통제되어 미생물을 배양함
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Biotechnology application lab · ⁨바이오기술 적용 실험실⁩

Classify biotechnology examples by the problem they solve. · ⁨해결하는 문제에 따라 바이오기술 예시를 분류하십시오.⁩

Explore · ⁨탐색하기⁩

Fermenter control loop · ⁨발효조 제어 루프⁩

Watch how a fermenter keeps microbes growing at the best rate. · ⁨발효조가 미생물을 가장 빠른 속도로 성장시키는 방법을 확인하십시오.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ 바이오기술
enzymes/ˈenzaɪmz/ 효소
bacteria/bækˈtɪərɪə/ 박테리아
rate/reɪt/ 비율
molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ 분자
ethical/ˈeθɪkl/ 윤리적(Ethical)
plasmids/ˈplæzmɪdz/ 플라스미드
yeast/jiːst/ 효모
anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ 무기호흡
ethanol/ˈeθənɒl/ 에탄올
biofuel/ˌbaɪəʊˈfjuːəl/ 생물연료
pectinase/ˈpektɪneɪs/ 펙틴분해효소
washing powders/ˈwɒʃɪŋ ˈpaʊdəz/ 세제 분말
lactase/ˈlækteɪs/ 락타아제
lactose/ˈlæktəʊs/ 락토스
fermenter/fɜːˈmentə/ 발효 조
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ 인슐린
penicillin/ˌpenɪˈsɪlɪn/ 페니실린
mycoprotein/ˈmaɪkəprəʊtiːn/ 미생물 단백질
temperature/ˈtemprɪtʃə/ 온도
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ 산소
21.3

Genetic modification · ⁨유전자 변형⁩

Syllabus
English
Core Supplement
1 Describe genetic modification as changing the genetic material of an organism by removing, changing or inserting individual genes 3 Outline the process of genetic modification using bacterial production of a human protein as an example, limited to: (a) isolation of the DNA making up a human gene using restriction enzymes, forming sticky ends (b) cutting of bacterial plasmid DNA with the same restriction enzymes, forming complementary sticky ends (c) insertion of human DNA into bacterial plasmid DNA using DNA ligase to form a recombinant plasmid (d) insertion of recombinant plasmids into bacteria (specific details are not required) (e) multiplication of bacteria containing recombinant plasmids (f) expression in bacteria of the human gene to make the human protein
2 Outline examples of genetic modification: (a) the insertion of human genes into bacteria to produce human proteins (b) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to herbicides (c) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to insect pests (d) the insertion of genes into crop plants to improve nutritional qualities
4 Discuss the advantages and disadvantages of genetically modifying crops, including soya, maize and rice
한국어
핵심 보충
1 유전자 변형을 개별 유전자를 제거하거나 변경하거나 삽입하여 생물의 유전 물질을 바꾸는 것으로 설명한다 3 인간 단백질의 세균 생산을 예로 들어 유전자 변형 과정을 간략히 설명하며, 다음에 한정한다: (a) 제한 효소를 사용하여 인간 유전을 구성하는 DNA를 분리하고 점성 말단(sticky ends) 형성 (b) 동일한 제한 효소로 세균 플라스미드 DNA를 절단하여 상보적인 점성 말단 형성 (c) DNA 리게라제를 사용하여 인간 DNA를 세균 플라스미드 DNA에 삽입하여 재조합 플라스미드 형성 (d) 재조합 플라스미드를 세균에 삽입 (구체적 세부 사항은 불필요함) (e) 재조합 플라스미드가 포함된 세균의 증식 (f) 세균 내 인간 유전의 발현을 통해 인간 단백질 생성
2 유전자 변형의 예를 간략히 설명한다: (a) 인간 단백질을 생산하기 위해 인간 유전을 세균에 삽입 (b) 제초제 저항성을 부여하기 위해 유전을 작물에 삽입 (c) 해충 저항성을 부여하기 위해 유전을 작물에 삽입 (d) 영양 qualities를 개선하기 위해 유전을 작물에 삽입
4 유전자 변형 작물(대두, 옥수수, 쌀 등 포함)의 장점과 단점을 논한다

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

Genetic modification 基因改造 means changing an organism's genetic material 遗传物质 by removing, changing or inserting individual genes 基因.

Making a human protein in bacteria (Supplement)

For example, to make a human protein 蛋白质 (such as insulin) in bacteria:

  1. cut the human gene out of human DNA using restriction enzymes 限制酶, which leave sticky ends 黏性末端.
  2. cut open a bacterial plasmid with the same restriction enzymes, giving matching sticky ends.
  3. join the human gene into the plasmid using DNA ligase 连接酶, making a recombinant plasmid 重组质粒.
  4. put the recombinant plasmid into a bacterium.
  5. the bacteria multiply and express 表达 the human gene, making the human protein.

Worked example. Put the steps of making human insulin in bacteria in order. Restriction enzymes cut the human insulin gene out of human DNA, leaving sticky ends. The same restriction enzyme cuts open a bacterial plasmid, so its sticky ends match the gene's. Ligase joins the gene into the plasmid, making a recombinant plasmid. The plasmid is put into a bacterium, and the bacteria multiply in a fermenter, each one expressing the gene and making human insulin. Two marks hang on precision: the same enzyme must cut both the gene and the plasmid, which is what makes the sticky ends fit; and ligase joins - it does not cut.

Examples of genetic modification

Genetic modification is used to:

  • put human genes into bacteria to make human proteins (such as insulin).
  • put genes into crop plants 农作物 to give resistance 抗性 to herbicides 除草剂.
  • put genes into crops to give resistance to insect pests.
  • put genes into crops to improve their food value.

(Supplement) GM crops such as soya, maize and rice can give higher yields and better nutrition, but some people worry about effects on health, on wild species, and about the cost of GM seeds.

한국어

유전자 변형이란 개체에서 개별 유전자를 제거하거나 변경하거나 삽입함으로써 유전 물질을 변화시키는 것을 의미합니다.

UV 광선 아래 DNA 겔 사진: 왼쪽 레인에 일정한 간격으로 배치된 기준 밴드가 내려가고, 샘플 레인에서는 크기에 따라 분리된 후 DNA 조각이 모인 밝게 빛나는 밴드가 나타납니다
젤 전기영동으로 분리된 DNA 조각이 빛나는 밴드로 나타남

세균 내 인간 단백질制造 (보충)

예를 들어, 세균 내에서 인간 단백질(인슐린 등)을制造하려면:

  1. 제한 효소를 사용하여 인간 DNA에서 인간 유전자를 잘라내어 스틱이 끝(sticky ends) 을 남깁니다.
  2. 같은 제한 효소로 세균 플라스미드를 절개하여 matching 스티키 끝을 만듭니다.
  3. DNA 리게이스를 사용하여 인간 유전자를 플라스미드에 결합시켜 재조합 플라스미드를 만듭니다.
  4. 재조합 플라스미드를 세균에 주입합니다.
  5. 세균이 증식하면서 인간 유전자를 발현하여 인간 단백질을制造합니다.
유전자 변형: 인간 유전자가 잘려나와 리게이스로 세균 플라스미드에 결합되어 재조합 플라스미드를 만들고, 이를 세균에 주입하여 인간 단백질을制造하게 합니다
인간 유전자가 플라스미드에 연결된 후, 박테리아가 인간 단백질을 생성함

풀이 예시. 세균 내 인간 인슐린制造 단계를 순서대로 나열하십시오. 제한 효소가 인간 DNA에서 인간 인슐린 유전자를 잘라내어 스티키 끝을 남깁니다. 같은 제한 효소가 세균 플라스미드를 절개하여 스티키 끝이 유전자와 일치하도록 합니다. 리게이스가 유전자를 플라스미드에 결합시켜 재조합 플라스미드를 만듭니다. 플라스미드는 세균에 주입되며, 세균은 발효조에서 증식하여 각 개체가 유전자를 발현하고 인간 인슐린을制造합니다. 정밀성에 따라 2점이 부여되는데, 같은 효소가 유전자와 플라스미드를 모두 절개해야 하므로 스티키 끝이 맞붙어야 하며, 리게이스는 결합시키지 절단하지 않는다는 점입니다.

유전자 변형의 예시

유전자 변형은 다음 목적으로 사용됩니다:

  • 인간 유전자를 세균에 주입하여 인간 단백질(인슐린 등)을制造합니다.
  • 작물에 유전자를 주입하여 제초제에 대한 저항성을 부여합니다.
  • 해충에 대한 저항성을 부여하기 위해 유전자를 작물에 주입합니다.
  • 식품 가치를 향상시키기 위해 유전자를 작물에 주입합니다.

(보충) GM 작물인 대두, 옥수수, 쌀 등은 더 높은 수확량과 개선된 영양을 제공할 수 있으나, 건강 영향, 야생 종에 미치는 영향, GM 씨앗 비용에 대한 우려가 있습니다.

Explore · ⁨탐색하기⁩

Genetic modification route · ⁨유전자 변형 방법⁩

Follow the main steps from useful gene to modified organism. · ⁨유용한 유전자부터 변형된 생물체까지 주요 단계를 확인하십시오.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
genetic modification/dʒɪˈnetɪk ˌmɒdɪfɪˈkeɪʃn/ 유전자 조작
genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ 유전 물질
genes/dʒiːnz/ 유전자
protein/ˈprəʊtiːn/ 단백질
restriction enzymes/rɪˈstrɪkʃn ˈenzaɪmz/ 제한 효소
sticky ends/ˈstɪki endz/ Sticky ends (끈적한 말단)
ligase/ˈlɪɡeɪs/ 리게이스(ligase)
recombinant plasmid/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˈplæzmɪd/ 재조합 플라스미드
express/ekˈspres/ 발현
crop plants/krɒp plænts/ 작물 식물
resistance/rɪˈzɪstəns/ 저항
herbicides/ˈhɜːbɪsaɪdz/ 제초제
21.3

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English
  • Bacteria are used because they reproduce fast, make complex molecules, and contain plasmids.
  • Yeast (anaerobic respiration) → ethanol (biofuel) and carbon dioxide (bread). Enzymes: pectinase (fruit juice), proteases and lipases (washing powders), lactase (lactose-free milk).
  • Fermenters make insulin, penicillin and mycoprotein; control temperature, pH, oxygen, nutrients and waste.
  • Genetic modification: cut a gene with restriction enzymes (sticky ends) → join it into a plasmid with ligase (a recombinant plasmid) → put into bacteria → express the gene to make the protein.
  • GM crops can resist herbicides or insect pests, or have better nutrition.
한국어
  • 세균은 빠르게 번식하고 복잡한 분자를制造하며 플라스미드를 포함하기 때문에 사용됩니다.
  • 효모(무산소 호흡) → 에탄올(바이오연료) 및 이산화탄소(빵). 효소: 펙틴아제(과즙), 프로테아제 및 리파아제(세제), 락타아제(락토스 무유제품 우유).
  • 발효조는 인슐린, 페니실린, 마이코프로틴을制造하며, 온도, pH, 산소, 영양, 폐기물을 통제합니다.
  • 유전자 변형: 제한 효소로 유전자를 절단(스티키 끝) → 리게이스로 플라스미드에 결합(재조합 플라스미드) → 세균에 주입 → 유전자를 발현하여 단백질制造.
  • GM 작물은 제초제나 해충에 저항성이 있거나 영양이 우수할 수 있습니다.

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Past Papers · ⁨과거 시험지⁩

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